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ENTREVISTA A ONDREJ KRIVANEK: “En microscopía todo está evolucionando: es similar a la construcción de rascacielos, se va por más y más”

Ondrej Krivanek visitó el Instituto Balseiro, en Bariloche. Foto: Laura García Oviedo - Prensa Instituto Balseiro. Ondrej Krivanek visitó el Instituto Balseiro, en Bariloche. Foto: Laura García Oviedo - Prensa Instituto Balseiro. Ondrej Krivanek visitó el Instituto Balseiro, en Bariloche. Foto: Laura García Oviedo - Prensa Instituto Balseiro.

Es un referente mundial de la microscopía y durante su reciente paso por Bariloche el Área de Comunicación del Instituto Balseiro (CNEA-UNCuyo) le hizo esta entrevista. Ondrej Krivanek es un físico checoslovaco-británico y Doctor en Física por la Universidad de Cambridge que vive en los Estados Unidos. En esta nota, cuenta parte de la historia de estos aparatos que ayudan a conocer la materia en escalas pequeñísimas.*

Fecha de publicación: 21/12/2017

El científico y tecnólogo Ondrej Krivanek es uno de los pioneros mundiales en el campo de la microscopía electrónica. Gracias a sus desarrollos, mejoró a mejorar la habilidad de analizar la materia a la escala atómica. Es co-fundador de la empresa Nion, compañía líder en instrumentos de microscopía. Y es uno de los científicos que desarrollaron la “corrección de la aberración”, un fenómeno que desveló a los microscopistas por más de medio siglo y que consistía en una especie de miopía de estas poderosas máquinas.

La Royal Society, en donde es fellow, destaca en su sitio web que los microscopios de Krivanek “ahora pueden mapear elementos químicos en muestras sólidas con resolución atómica y con una sensibilidad de un átomo individual”. En esta nota, realizada en el marco del “IV Congreso Argentino de Microscopía” realizado en el Centro Atómico Bariloche y en el Instituto Balseiro, el físico habla sobre la historia de la microscopía, sus aportes a este campo y para qué se utilizan los microscopios en la actualidad.

-¿Qué tanto ha avanzado la microscopía desde sus orígenes?

-El progreso ocurre en olas. El microscopio electrónico se inventó en la década de 1930 en Alemania. En los ‘50 comenzó a ser útil porque se pudo ver “dislocaciones”, es decir, se pudo ver cómo se deforman los materiales. Y en los ‘60 y ‘70, se empezó a resolver planos atómicos. El mundo está hecho en átomos, que están organizados usualmente en  arreglos ordenados. El metal de esta silla (N. de la R.: señala una silla en el aula donde transcurre la entrevista) está hecha de cristales organizados como soldados en un desfile. En los ‘70, se descubrió que un haz de electrones excitaba todo tipo de señales electromagnéticas. Se empezó a desarrollar los microscopios analíticos. Se empezó a ver qué tipo de átomos teníamos.

-¿Y luego?

-En la década del 2000 todo se puso mejor porque los microscopios tienen una visión imperfecta así que desarrollamos “anteojos” para estos microscopios. Hicimos lentes y la visión mejoró. Se realizó lo que llamamos “la corrección de aberración” hace unos 10 años. Otro desarrollo en el que estamos trabajando, y es algo muy reciente, es la espectroscopía vibracional en microscopios electrónicos. Mejoramos la resolución en un factor de 10. Eso nos da una nueva ventana para estudiar los materiales. Si golpeo esta mesa, resuena y eso es porque excité fonones y con esta técnica puedo ver los fonones vibrando. Es una técnica muy poderosa, sobre todo para analizar muestras biológicas. Es muy emocionante y es sólo el inicio.

-¿Cómo ayudó con su equipo en el trabajo de la “corrección de la aberracción”? O en otras palabras: ¿cómo ayudó a resolver la “miopía” de los microscopios?

-Esa es otra historia muy interesante. En 1937 un teórico alemán muy inteligente escribió un paper diciendo que los microscopios electrónicos siempre tendrían un problema con la aberración esférica. Fue como decir “inventamos este hermoso instrumento y no funcionará”. Por ese entonces el límite de lo que se podía ver no era malo pero eso era hace 80 años. En la década de 1950, la gente empezó a trabajar en la corrección de la aberración y no funcionó, tampoco en los ‘60 ni tampoco en los ‘70. En los ‘80, tampoco se veía una solución.

-¿Y qué pasó?

-Había dos equipos en el mundo, nosotros en Cambridge, Inglaterra, y otro en Heidelberg, Alemania, que dijimos: “Quizás esto funcione”. Intentamos y los dos equipos tuvimos éxito. Los alemanes desarrollaron un corrector del haz de los miscroscopios electrónicos y nosotros hicimos un corrector para los microscopios electrónicos de transmisión con barrido. Estos dispositivos cambiaron completamente el modo en el que se hace ahora microscopía. Pero cuando se realiza un primer desarrollo, pasa un tiempo hasta que alguien lo empieza a usar. Esto tardó diez años en nuestro caso. En 1997 tuvimos correctores que funcionaban; hacia 2001 o 2002, se empezó a usar en laboratorios de todo el mundo; y en 2010, ya había alrededor de 500 correctores de aberración en microscopios a nivel global. Así que la cosa despegó.

-¿Cómo se llaman las compañías?

-Hay una compañía que se llama CEOS (las siglas de Correct Electron Optical Systems) y la nuestra se llama NION.

-¿Hoy dónde están los microscopios más poderosos?

-Esa es una pregunta divertida porque es como preguntar cuál es el mejor auto en el mundo. Hay un mejor auto de carrera, uno familiar y así. Así que personas diferentes se especializan en cosas diferentes. En la microscopía biológica, el FBI está haciendo un muy buen trabajo. Por ejemplo, determinaron la estructura del virus Zika, que es algo muy importante. Pero la gente usa los microscopios para temas muy disímiles. Conocer la estructura de un virus ayuda a luchar contra el mismo. Si hablamos del campo de la ciencia de materiales nosotros, en NION, vamos a la cabeza de la espectroscopia de vibraciones. Y si hablamos de mapeos de elementos en una resolución espacial alta lo están haciendo muy bien en Japón. En el campo de la holografía, Hitachi es probablemente el mejor. Pero es como preguntar quién es el mejor cantante: hay alguien que canta mejor Barry Bachman, otro que canta mejor Puccini. Pero hay unas cuatro compañías que empujan la tecnología hacia el futuro.

-¿Son todas empresas privadas?

-Algunos de los desarrollos provienen de la cooperación con universidades. Pero cuando se necesita un gran financiamiento es cuando se tienden a convertir en empresas privadas.

-¿Qué es lo más chico que se puede ver en un microscopio?

-Átomos individuales. Pero no todos los átomos tienen el mismo tamaño. Por ahora no hemos logrado ver un átomo individual de hidrógeno porque es muy movedizo y cuando lo iluminamos con el haz  de electrones se escapa. Eso es algo que llamamos daño por radiación. Del hidrógeno podemos ver su señal vibracional pero es complicado. Creo que por ahora el átomo más chico ha sido el boro.

-¿Cuáles son los principales desafíos de la microscopía?

-Todo está evolucionando: es similar a la construcción de rascacielos, vas por más y más. Así que nuestro desafío actual en realidad consta de dos grandes desafíos. En espectroscopía vibracional, nos gustaría mejorar la resolución de energía. Hay cuestiones que no podemos resolver en la actualidad. Así que estamos trabajando en ello. Y el otro desafío es que, cuando empezás a agregar nuevos campos y empieza a haber todo un mundo de nuevos materiales, hay que trabajar en una atmósfera de gas o en un ambiente húmedo. Algunas de las muestras deben permanecer congeladas. Entonces hay que cambiar el manejo de las muestras en las facilidades de microscopios electrónicos. Hay muestras que deben verse en gases o en líquidos. Así que hay que hacer un nanolaboratorio en el microscopio y esto es un campo desafiante que precisa más flexibilidad y una mayor resolución.

-Para alguien que sabe poco o nada sobre microscopios, ¿podría explicar por qué son tan importantes y en qué campos se pueden utilizar?

-Tomemos como ejemplo tu teléfono celular. En su interior tiene microelectrónica y circuitos integrados. Y esos circuitos no funcionarían si la gente no trabajase con la microscopía electrónica. Todos los fabricantes de semiconductores, como Samsung e IBM, tienen un montón de microscopios electrónicos para que los bits en tu celular funcionen. Eso es nanotecnología, comprimir las cosas mucho y mucho más chicas. También se usan para entender la catálisis y cómo funcionan las baterías. Y si querés entender el modo fundamental en que la naturaleza ha hecho los materiales hay que examinarlos en niveles atómicos con microscopios con resolución atómica.

-Los microscopios también son fundamentales para el campo de la biología.

-Sí, se usan en el campo de la biología, ya mencioné el ejemplo de que con un microscopio se pudo ver la estructura del virus Zika, un problema muy urgente. Si no conocés cómo es el virus, no sabés cómo darle pelea.

-En el coloquio que dio en nuestro instituto, también mencionó que se usan para analizar material extraterrestre, ¿es así?

-Sí, materia del Sistema solar. La gente usa este tipo de cosas para entender cómo nació el universo. Es muy fácil mirar por un telescopio la materia de una estrella. Pero si ese material está flotando en el universo y podemos capturar pequeñas partículas podemos conocer detalles sobre el origen de nuestro universo y sobre cómo se formaron las primeras galaxias. Podemos conocer cómo se formó el sistema solar analizando esos fragmentos de materia. En este campo, los microscopios electrónicos son también muy poderosos.

-¿Qué características o cualidades debe tener alguien que quiera trabajar en microscopía?

-Curiosidad, querés saber de qué está hecho el mundo. Un niño que juega con robots será muy bueno en entender estos instrumentos que miran la materia en resoluciones espectaculares. Son un poco complejos pero es un poco de mecánica y mucho de software. Y si querés trabajar en este campo, podés estudiar ciencia informática, física, biología y tendrás un conocimiento básico. Pero la curiosidad es la clave.  Las personas que se interesan en cómo funcionan las cosas… Ese sentimiento de curiosidad ayuda.

-¿Por qué le gusta trabajar en el campo de la microscopía?

-Porque es divertido y estás aprendiendo cosas nuevas todo el tiempo. Eso por un lado. Y por el otro sentís que estás colaborando con algo. Eso que la ciencia aún no ha resuelto. No decimos “OK, la mecánica cuántica fue inventada en 1930 y no hay nada más que hacer”. Hay mucho por hacer. Lo podés ver. Cada nuevo teléfono celular es mejor que el anterior, incluso ahora hacen reconocimiento de voz. De hecho da un poco de miedo. No se sabe cuánto pasará hasta que las computadoras sean más inteligentes que los humanos. Pienso que falta un largo trecho y mientras tanto está el desafío de descubrir. En 1900 podías caminar por el Polo Sur y podías ser la primera persona en hacerlo. Todo eso ha sido realizado. Pero en la actualidad si hacés un espectro vibracional de un átomo, eso no ha sido hecho antes. Así que hay competencias donde se puede conseguir “ser el primero” y es algo divertido.

-Una última pregunta: ¿por qué la astronomía y los telescopios son más populares que la microscopía y los microscopios?

-Los telescopios son mucho más accesibles y producen imágenes hermosas. Y pienso que la comunidad de astrónomos ha hecho un muy buen trabajo en popularizar lo que están haciendo. Cada uno de nosotros, los científicos, ha comprado en algún momento de su vida un telescopio amateur. Las imágenes que produce el telescopio espacial Hubble son absolutamente espectaculares y en cierto modo es arte. Cualquier persona puede mirar el cielo nocturno con el telescopio y mirar qué pasa allí afuera. Los microscopios de todos modos son la misma cosa. Todos pueden mirar una uña con un microscopio electrónico y mirar cómo está hecha. Pero quizás no hemos hecho tan buen trabajo haciéndole publicidad. Aunque hay programas de puertas abiertas y gente que trabaja con niños que vienen de las escuelas para conocer los microscopios. Deberíamos hacer más de estas actividades. Pero nunca podremos decir que estamos mirando algo a 6 mil millones años luz de distancia (risas). En fin, nuestro universo es interesante en todas las escalas. A mí particularmente me fascinan los descubrimientos astronómicos. Y pienso que el microscopio es como un telescopio usado al revés. 

*Esta entrevista fue publicada dentro de un informe especial publicado originalmente en UNIDIVERSIDAD, y se puede leer en este link.

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Por Laura García Oviedo, responsable del

Área de Comunicación Institucional-

Instituto Balseiro

San Carlos de Bariloche, 21/12/2017

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